Nghiên cứu phương pháp giảng dạy khái niệm quang phổ cho học sinh lớp 12 THPT

Phần mở đầu Lý chọn đề tài: Khái niệm quang phổ khái niệm quang học nói chung phần quang lý nói riêng Biểu quang phổ phong phú đa dạng quang phổ có mặt nhiều môn quang phổ học Để làm sở cho việc giảng dạy vật lý sau này, sau học xong chơng trình quang học đại cơng trờng đại học đà có ý định sâu vào tìm hiểu khái niệm quang phổ phơng pháp giảng dạy khái niệm quang phổ trờng phổ thông Đợc gợi ý, giúp đỡ giáo viên hớng dẫn, định chọn đề tài Nghiên cứu phơng pháp giảng dạy khái niệm quang phổ cho học sinh lớp 12 THPT để làm đề tài luận văn tốt nghiệp Do hạn chế trình độ, điều kiện tài liệu tham khảo nh thời gian không tránh khỏi thiếu sót Rất mong đợc góp ý, bổ sung thầy giáo, cô giáo bạn Luận văn hoàn thành nhờ giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo hớng dẫn Nguyễn Cảnh Vạn góp ý bổ sung thầy, cô giáo khoa Vật lý, thầy cô giáo tổ vật lý trờng THPT Đào Duy Từ- Thành phố Thanh Hoá Tôi xin chân thành cảm ơn tất thầy, cô giáo đà giúp đỡ hoàn thành luận văn tốt nghiệp Mục đích đề tài: - Tìm hiểu để nắm vững nội dung khái niệm quang phổ - Nghiên cứu phơng pháp giảng dạy khái niệm quang phổ cho häc sinh líp 12 THPT - ThiÕt kÕ mét số học khái niệm quang phổ Đối tợng nghiên cứu: - Nghiên cứu khái niệm quang phổ qua tài liệu: Quang học, quang phổ học - Nghiên cứu hai chơng, chơng VII ( tính chất sóng ánh sáng), chơng VIII (lợng tử ánh sáng) cđa vËt lý líp 12 THPT - Nghiªn cøu lý luận dạy học, phơng pháp giảng dạy khái niệm vật lý - Nghiên cứu tình hình học tập giảng dạy khái niệm quang phổ trờng THPT Đào Duy Từ- Thành Phố Thanh Hoá Giả thuyết khoa học: Thông qua việc thiết kế học quang phổ, đợc thực thi giúp học sinh nắm đựơc tri thức quang phổ Nếu trình bày giảng theo hớng phối hợp linh hoạt phơng pháp dạy học ý đến việc khai thác t liệu lịch sử phát triển, triển vọng lớn lao vấn đề quanh phỉ häc v v th× sÏ kÝch thÝch høng thó häc tËp, ph¸t triĨn t cđa häc sinh nâng cao đợc hiệu dạy học Phơng pháp nghiên cứu đề tài: - Thu thập tài liệu nghiên cứu nhằm mục đích hiểu nội dung khái niệm quang phổ, tìm hiểu sở lý luận sở thực tiễn đề tài, lập đề cơng chi tiết cho việc nghiên cứu - Tiến hành thiÕt kÕ mét sè bµi häc vỊ quang phỉ theo chơng trình vật lý lớp 12THPT - Trong đợt thực tập s phạm tranh thủ học hỏi giáo viên vật lý phổ thông có kinh nghiệm, trao đổi vấn đề có liên quan đến đề tài - Hoàn thành đề tài sau kết thúc thực tập s phạm thời gian kế hoạch đà đề Phần nội dung Chơng I: Khái niệm quang phổ Nội dung chơng nhằm trình bày số kiến thức khái niệm quang phổ, máy quang phổ loại quang phổ I) Quang phổ tán sắc- quang phổ nhiễu xạ Khái niệm quang phổ: Quang phổ dải sáng nhiều màu thu đợc phân tích (tán sắc) chùm ánh sáng trắng thành nhiều chùm đơn sắc lăng kính cách tử Quang phổ cho lăng kính (quang phổ tán sắc) Khái niệm quang phổ tán sắc đợc xây dựng thông qua thí nghiệm tợng tán sắc NiuTơn Vào năm 1672 Niutơn đà nghiên cứu thực thấy chùm ánh sáng trắng qua lăng kính thuỷ tinh bị phân tích thành dải nhiều màu quan sát đặt sau lăng kính Các màu xắp sếp theo thứ tự: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím Hiện tợng tợng tán sắc ánh sáng Vậy lăng kính đà phân tích ánh sáng trắng thành nhiều chùm ánh sáng đơn sắc khác chùm tia đỏ bÞ lƯch Ýt nhÊt, chïm tia tÝm bÞ lƯch nhiỊu đỏ Tím (Hình 1) E Điều chứng tỏ chiết suất chất làm lăng kính phụ thuộc vào bớc sóng ánh sáng Nh chất cho trớc, chiết suất n hàm số xác định bớc sóng n= f() Từ thí nghiệm tán sắc ánh sáng ta thấy qua lăng kính chùm sáng trắng bị khúc xạ đáy lăng kính mà bị tách thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác Niutơn đà đa đợc khái niệm quang phổ ánh sáng trắng dải màu nh màu cầu vồng, dải màu có màu chính: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím Thực quang phổ có bảy màu mà có nhiều màu biến đổi dần từ màu sang màu khác Quang phổ cho cách từ nhiễu xạ( quang phổ nhiễu xạ) Từ đồ thị phân bố cờng độ ánh sáng (H×nh 2) λ b 2λ 3λ λ b b a a sin Trên hình vẽ ta thấy tiêu diện thấu kính L2 ta quan sát đợc hàng loạt vân sáng (cực đại chính) theo phơng thoả mÃn điều kiện sin = k b víi k = 0, ± 1, ± 2, Với b = a+a0 chu kỳ cách tử hay số cách tử Mặt khác vân sáng kề lại có ( N-2) vân sáng khác ( cực đại phụ), yếu nhiều N-1 vân tèi (cùc tiĨu phơ) Khi sè khe N>>1 thùc tÕ ta quan sát đợc loạt vạch sáng tối, xa vân sáng trung tâm, vân sáng có cờng độ giảm dần S0 Bây giả sử khe S0 phát ánh sáng trắng cho ta hệ vân riêng, mà vị trí vân sáng đợc xác định theo công thức sinϕ = L k λ b Khi k = với giá trị , ta có =0 Tức vân sáng trung A B tâm hệ vân ứng với bớc sóng khác trùng tạo thành vạch màu trắng L2 F F E (Hình 3) Nh theo chiều truyền thẳng qua cách tử ta có vạch màu trắng, vân trắng trung tâm Khi k 0, ứng với giá trị có giá trị xác định, tức vân sáng xạ khác không trùng mà tách rời trải thành quang phổ Ta nói chùm sáng trắng qua cách tử bị phân tích thành nhiỊu quang phỉ bËc Víi k= ± ta ®ỵc quang phỉ bËc n»m ®èi xøng qua vân sáng trung tâm Cũng từ công thức sin = k b ta thấy quang phổ bậc phần đầu quang phổ sau trùng lên phần cuối quang phổ trớc Thật đầu đỏ quang phổ bậc k đầu tím quang phổ bậc (k+1) đợc xác định: sin = sinϕ = Ta thÊy 0,76 k > k 0,76 b (k +1) 0,38 b (k +1)0,38 sÏ trïng lªn ⇔ 1≤ k tøc lµ tõ quang phỉ bËc trở tợng trùng lấn quang phổ nhiều Mặt khác quang phổ bậc cao rộng, nhng sáng II Máy quang phổ Máy quang phổ a) Máy quang phổ dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác Mỗi nguyên tố định xạ ánh sáng có bớc sóng định Do dựa vào máy quang phổ biết đợc ánh sáng tới máy quang phổ nguyên tố xạ Nói cách khác dụng cụ để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp nguồn phát b) Cấu tạo máy quang phổ lăng kính Máy quang phổ lăng kính gồm có phận + Bé phËn thø nhÊt: èng chuÈn trùc: Lµ bé phận tạo chùm sáng song song Nó có khe hĐp S n»m ë tiªu diƯn cđa thÊu kÝnh héi tơ L Chïm s¸ng ph¸t tõ ngn S đợc soi vào khe hẹp S qua thấu kính héi tô L Chïm tia lã sau thÊu kÝnh L1 lµ chïm tia song song + Bé phËn thø 2: Lăng kính p: Là phận có tác dụng làm tán sắc chùm tia song song ló từ thấu kính L1 thành nhiều chùm tia đơn sắc song song + Bé phËn thø 3: Buång ¶nh: Gåm mét thấu kính hội tụ L2 quan sát đặt tiêu diện ảnh thấu kính (L2 đặt chắn chùm tia sáng đà đợc tán sắc qua p) chùm tia sáng ló khỏi lăng kính gồm nhiều tia sáng đơn sắc song song lệch theo phơng khác nhau, chùm tia sáng đơn sắc song song cho tiêu diện thấu kính L2 vạch màu, vạch màu ảnh đơn sắc khe S Tại tiêu điểm thấu kính L2 có đặt kính ảnh để chụp ảnh quang phổ, kính mờ để quan sát quang phổ Tuỳ theo cách thu quang phổ mà ta có: Máy quang phổ chụp ảnh Máy quang phổ nhìn mắt Máy quang phổ đơn sắc Máy quang phổ tự ghi Giả sử nguồn S phát chùm sáng phức tạp gồm nhiều ánh sáng đơn L S S1 J S2 L1 P Hình L2 F sắc có bớc sóng khác Lăng kính P phân tích ánh sáng thành chùm tia sáng đơn sắc song song, chùm ứng với bớc sóng xác định Mỗi chùm tia sáng song song sau qua thấu kính L2 hội tụ điểm khác trªn tiªu diƯn cđa thÊu kÝnh L2 Nh vËy trªn kính ảnh F ta thu đợc dÃy vạch quang phổ theo bớc sóng tơng ứng DÃy vạch đợc gọi quang phổ vạch Sự phân bố vạch quang phổ theo quy luật định Nh vậy, máy quang phổ dùng để phân tách thành phần quang phổ nguồn, có ứng dụng rộng rÃi Mỗi quang phổ vạch đặc trng cho nguyên tố hóa học Nghiên cứu quang phổ vạch phát xạ chất cụ thể xác định vị trí, bớc sóng cờng độ vạch quang phổ Ta đoán nhận đợc nguyên tố hóa học có mặt chất nh hàm lợng chúng Phép phân tích quang phổ phát xạ đợc dùng rộng rÃi nghành luyện kim, địa chất, chế tạo khí để nghiên cứu thành phần cấu tạo nguyên liệu thành phẩm III) Các loại quang phổ Quang phổ phát xạ Quang phổ phát xạ quang phổ vật phát sáng phát Quang phổ phát xạ chia làm loại Quang phổ liên tục Quang phổ vạch Quang phổ đám a) Quang phổ liên tục: Quang phổ liên tục gồm dải sáng, màu sắc chuyển cách liên tục từ màu sang màu Giải thích hình thành quang phổ liên tục Lorenx ngời đa thuyết electron tán sắc ánh sáng, dựa tơng tác điện trờng sóng ánh sáng lên electron liên kết nguyên tử Trong trờng hợp đơn giản, nguyên tử đợc xem nh dao động tử điều hòa, có tần số dao động riêng 0, tức electron nguyên tử thực dao động xung quanh vị trí cân dới tác dụng lực đàn hồi Nh nguyên tử chất điện môi đợc xem nh tập hợp dao động tử Dới tác dụng điện trờng sóng ánh sáng có tần số , chúng thực dao động cỡng với tần số tần số sóng ánh sáng tới Hai sóng dao động trở thành nguồn phát sáng thứ cấp giao thoa với sóng sơ cấp (sóng tới) Đó chất tơng tác ánh sáng với chất Nguồn phát: Ngọn đèn, vật rắn, lỏng khí có tỷ khối lớn bị nung nóng phát quang phổ liên tục Chúng ta quan sát thấy quang phổ liên tục vạch màu gần nằm sít đến mức chúng nối liền với tạo thành dải liên tục Ví dụ: Mặt trời khối khí có tỷ khối lớn ánh sáng mặt trời quang phổliên tục Quang phổ liên tục mang đặc điểm đăc trng quan trọng nhầm lẫn với loại quang phổ nào: Đó quang phổ liên tục không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo nguồn sáng, mà phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn sáng Ví dụ: Bất kỳ vật nào, nóng sáng đến 5000C phát tia đỏ Càng nóng lên dải màu mở rộng màu khác, nóng đến15000C dải màu có đủ màu cầu vồng ứng dụng: Ngời ta dựa vào quang phổ liên tục để xác định nhiệt độ nguồn phát Nh nhiệt độ dây tóc bóng đèn, hồ quang, xa b) Quang phổ vach phát xạ Quang phổ vạch phát xạ hệ thống vạch màu riêng rẽ nằm tối Quang phổ vạch phát xạ chất khí hay áp suất thấp kích thích cách thích hợp (nung nóng, cho dòng điện chạy qua) phát quang phổ vạch Với nguồn phát nh nên quang phổ vạch phát xạ có nét đặc trng quan trọng : Mỗi nguyên tố hóa học trạng thái khí hay ¸p suÊt thÊp nãng s¸ng sÏ ph¸t mét quang phổ vạch riêng, đặc trng cho nguyên tố Quang phổ vạch nguyên tố khác số lợng vạch, vị trí vạch màu sắc vạch Với nét đặc trng nh nên quang phổ vạch phát xạ dùng để nhận biết có mặt nguyên tố hóa học hỗn hợp hay hợp chất Ngoài phân biệt, nhận biết đợc nồng độ nguyên tố mẫu phân tích c) Quang phổ đám: Quang phổ chứa dải sáng riêng biệt gọi quang phổ đám, đám thực nhiều vạch quang phổ nằm sít tạo thành Quang phổ đám quang phổ phân tử Nguyên nhân tợng tán xạ phân tử thăng giáng mật độ phân tử môi trờng Do chuyển động nhiệt phân tử nên chúng phân bố không đặn môi trờng Quang phổ phân tử có chất khí, chất lỏng chất rắn phát Dựa vào quang phổ phân tử mà ta nhận biết đợc nguồn phát ánh sáng tới Ví dụ nh ánh sáng tới ánh sáng tự nhiên phổ giàu mµu xanh tÝm Quang phỉ hÊp thơ Quang phỉ liên tục có xen kẽ vạch tối thu đợc chiếu ánh sáng trắng qua chất khí (hay áp suất thấp) nung nóng gọi quang phổ hấp thụ Sự hấp thụ ánh sáng kết tơng tác sóng ánh sáng với chất dới tác dụng điện trờng sóng ánh sáng tới tần số Các electron nguyên tử phân tử dịch chuyển hạt nhân tích điện dơng thực chuyển động dao động điều hoà với tần số tần số ánh sáng tới Electron dao động thành nguồn phát sóng thứ cấp Do sù giao thoa cđa sãng tíi víi sãng thø cấp mà môi trờng xuất sóng có biên độ khác với biên độ sóng tới Do cờng độ ánh sáng truyền qua môi trờng thay đổi, cụ thể toàn lợng bị hấp thụ nguyên tử phân tử đợc giải phóng dới dạng xạ, tức xảy hấp thụ ánh sáng ứng với chất khác có quang phổ vạch hấp thụ khác Điều quan trọng phải nắm đợc cách tạo thu đợc quang phổ vạch hấp thụ chất khác Nếu chiếu chùm sáng trắng đèn có dây tóc, nóng sáng phát vào khe máy quang phổ, ta thu đợc quang phổ liên tục kính buồng ảnh Nếu đờng chùm sáng ta đặt đèn có Natri nung nóng quang phổ liên tục nói xuất vạch tối vị trí vạch vàng quang phổ phát xạ nguyên tử Natri Nếu thay Natri Kali quang phổ liên tục xuất vạch tối chỗ vạch màu quang phổ phát xạ Kali Đó quang phổ hấp thụ Kali Hình 10 Ngay từ chơng VII khái niệm quang phổ đợc hình thành cách sơ lợc nhất, sau đợc hoàn thiện củng cố, mở rộng dần Cho đến tiết cuối chơng VIII toàn kiến thức khái niệm quang phổ đợc hình thành Chơng III Thiết kế số học khái niệm quang phổ theo chơng trình Vật lý lớp 12 THPT Chơng nhằm mục đích vận dụng toàn hiểu biết ngời làm đề tài xung quang vấn đề giảng dạy khái niệm quang phổ để thiết kế số học việc giảng dạy khái niệm chơng trình Vật lý lớp 12 THPT Đây thiết kế dựa sở lý luận phơng pháp giảng dạy khái niệm vật lý nói chung, khái niệm quang phổ nói riêng dựa điều đà đợc phân tích chơng II Sau thực thi thiết kế phải dựa vào tình hình học tập học sinh, điều kiện sở vật chất v.v để có sửa đổi bổ sung cho phù hợp với đối tợng học sinh thực tế phổ thông 3.1 Bài học 1: Máy quang phổ- quang phổ liên tục I Mục đích- yêu câu: Mục đích: Giúp học sinh nắm đợc kiến thức sau: - Sự phụ thuộc chiết suất môi trờng vào bớc sóng ánh sáng - Cấu tạo máy quang phổ tác dụng cđa tõng bé phËn - Kh¸i niƯm vỊ quang phỉ liên tục, nguồn phát, đặc điểm, công dụng quang phổ liên tục Yêu cầu kỹ năng: Giải thích hoạt động máy quang phổ ứng dụng quang phổ liên tục Phơng pháp: 30 Bài Máy quang phổ- quang phổ liên tục đợc xây dựng sở ứng dụng tợng tán sắc ánh sáng Do vậy: Khi giảng dạy giáo viên kết hợp linh hoạt phơng pháp dạy học: Phơng pháp diễn giảng, phơng pháp thuyết trình, phơng pháp đàm thoại để xây dựng nội dung học II bớc lên lớp ổn định lớp Kiểm tra cũ: Câu hỏi 1: Hiện tợng tán sắc ánh sáng ? - Khi qua lăng kính, chùm sáng trắng bị khúc xạ phía đáy lăng kính mà bị tách thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác Hiện tợng gọi tợng tán sắc ánh sáng Câu hỏi 2: ánh sáng trắng gì? - ánh sáng trắng tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Câu hỏi 3: ánh sáng đơn sắc ? - ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu định gọi màu đơn sắc Nội dung học Đặt vấn đề: Nh đà biết ánh sáng đơn sắc có bớc sóng hoàn toàn xác định, màu ứng với bớc sóng màu quang phổ Để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp (gồm nhiều thành phần đơn sắc khác nhau) ta dùng máy quang phổ Tổ chức phơng pháp thực Nội dung học Đ45: Máy quang phổ- quang phổ liên tục Chiết suất môi trờng bớc sóng ánh s¸ng ThÝ nghiƯm cho thÊy chiÕt st cđa cïng mét môi trờng suốt đối 31 với ánh sáng đơn sắc khác khác Mặt khác thấy ánh sáng đơn sắc có bớc sóng hoàn toàn xác định Câu hỏi: Ta rút kết luận mối quan hệ chiết suất môi trờng bớc sóng ánh sáng? Chiết suất môi trờng suốt định ánh sáng đơn sắc khác phụ thuộc vào bớc sóng ánh sáng Bằng thí nghiệm ngời ta đo chiết suất nớc cho kết quả: Màu Bớc sóng Chiết suất Tia đỏ (àm) 0,6563 1,3311 Tia vµng 0,5893 1,3330 Tia lam 0,4861 1,3371 Tia tÝm 0,4047 1,3428 C©u hái: Tõ kÕt qđa thÝ nghiƯm cã nhËn xÐt g× vỊ sù phơ thc cđa chiÕt suất môi trờng vào màu sắc ánh sáng? - Chiết suất ánh sáng màu đỏ nhỏ ánh 32 sáng màu tím lớn - Qua nhiều thí nghiệm với môi trờng suốt khác cho kết tơng tự VËy ta cã kÕt ln: ChiÕt st cđa m«i trêng suốt định ánh sáng S J S1 L L1 P L2 Hình 12 dài nhỏ chiết suất môi tr- ờng ánh sáng có bớc S2 F sóng ngắn TÝnh chÊt nµy lµ chung cho mäi chÊt suèt Máy quang phổ a) Định nghĩa: Máy quang phổ dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác Nói khác dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp nguồn sáng phát b) Cấu tạo m¸y quang phỉ: M¸y quang phỉ cã bé phËn chính: - ống chuẩn trực: Là phận tạo chïm tia s¸ng song song Nã cã mét khe hĐp S n»m ë tiªu diƯn cđa mét thÊu kÝnh héi tơ L1 Chïm ¸nh s¸ng ph¸t tõ ngn J mà ta cần nghiên cứu đợc rọi vào khe S Chùm tia sáng ló khỏi thấu kính L1 chùm tia song song 33 - Lăng kính: Là phận có tác dụng làm tán sắc chùm sáng song song tõ L1 chiÕu tíi thµnh nhiỊu chïm tia sáng đơn sắc song song - Buồng ảnh: Gồm thấu kính hội tụ L2 đặt chắn chùm tia sáng đà bị tán sắc sau qua lăng kính P Chùm tia sáng ló khỏi lăng kính gồm nhiều chùm tia sáng đơn sắc song song lệch theo phơng khác Mỗi chùm tia sáng đơn sắc song song cho trªn tiªu diƯn cđa thÊu kÝnh L2 mét vạch màu Mỗi vạch màu ảnh đơn sắc khe S Câu hỏi: Muốn quan sát đợc ảnh khe S sau qua lăng kính ta phải đặt quan sát đâu ? Muốn quan sát đợc ảnh khe S ta phải đặt tiêu diện thấu kính L2 (một kính mờ) Muốn chụp ảnh phải dùng kính ảnh F Nh ta đà biết bớc sóng có vạch màu định Câu hỏi: Nếu nguồn J phát số ánh sáng đơn sắc có bớc sóng 1, 2, hình ảnh ta thu đợc kính ảnh nh ? Trên F ta thu đợc số vạch màu S1, S2, S3, 34 tối Mỗi vạch màu ứng với thành phần ánh sáng đơn sắc nguồn S phát Tập hợp vạch màu gọi Câu hỏi: phổ nguồn J Quang phổ liên tục Nếu nguồn J bóng đèn có dây tóc nóng sáng Thì chùm sáng qua lăng kính máy quang phổ chùm sáng ? - Chùm sáng trắng song song Câu hỏi: - Chùm sáng trắng qua lăng kính cho quang phổ gì? - Quang phổ liên tục (dựa vào kết thí nghiệm Niutơn) Cho học sinh xem ảnh màu quang Quang phổ liên tục quang phổ liên tục phÇn phơ lơc SGK líp 12 phỉ chØ gåm mét dải sáng màu sắc chuyển cách liên tục từ màu sang màu Nguồn phát quang phổ liên tục vật rắn, lỏng khÝ cã tû khèi lín Khi bÞ nung nãng sÏ phát quang phổ liên tục Một đặc điểm quan trọng quang phổ liên tục không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo mà phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn phát Câu hỏi: Có thể xác định nhiệt Từ đặc điểm nh nên quang độ vật dựa vào quang phổ phổ liên tục đợc ứng dụng để xác định phát đợc không ? - Hoàn toàn dựa vào đặc nhiệt độ nguồn phát sáng 35 điểm quan trọng: Quang phổ liên tục phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn phát sáng Muốn đo nhiệt độ vật bị nung nóng sáng ngời ta so sánh ®é s¸ng cđa vËt ®ã víi ®é s¸ng cđa mét dâytóc bóng đèn vùng bớc sóng Nhiệt độ dâytóc bóng đèn độ sáng khác hoàn toàn biết trớc Tất vật bị nung nóng đến 5000C phát ánh sáng màu đỏ, đến 15000C phát đủ màu cầu vồng Dựa vào đặc điểm quang phổ liên tục ngời ta xác định nhiệt độ vật xa nh sao, mặt trời, lò cao v.v III Củng cố bài: Máy quang phổ , cấu tạo máy quang phổ Quang phổ liên tục: Nguồn phát, đặc điểm ứng dụng quang phổ liên tục IV Bài tập nhà: Bµi tËp 1; bµi tËp 2; bµi tËp (trang 176 SGK VËt lý líp 12) Bµi häc 2: Quang phổ vạch I Mục đích- Yêu cầu Mục đích: Giúp học sinh hiểu nắm đợc cách chắn kiến thức: - Khái niệm quang phổ vạch phát xạ, nguồn phát, đặc điểm công dụng quang phổ vạch phát xạ - Khái niệm quang phổ vạch hấp thụ, cách thu điều kiện để thu quang phổ vạch hấp thụ - Mối quan hệ quang phổ vạch hấp thụ quang phổ vạch phát xạ nguyên tố - Khái niệm phép phân tích quang phổ tiện lợi 36 Yêu cầu: Yêu cầu học sinh rèn luyện kỹ sau: - Kỹ phân biệt loại quang phổ: Quang phổ liên tục, quang phổ phát xạ quang phổ hấp thụ - Kỹ vận dụng kiến thức đà học để giải thích tợng thờng gặp: Cầu vồng, màu sắc váng dầu, màng xà phòng, giải thích da trời nớc biển màu xanh v.v Phơng pháp: Đây học dài khó, nhằm xây dựng tri thức cho học sinh Vì giảng dạy đòi hỏi giáo viên phải kết hợp cách hài hoà phơng pháp dạy học vật lý với nh phơng pháp thuyết trình, phơng pháp đàm thoại, phơng pháp tái hiện, phân tích, để cho đạt đợc mục đích dạy học đà đề II Các bớc lên lớp: ổn định lớp Kiểm tra cũ Câu hỏi 1: Máy quang phổ ? Trình bày cấu tạo máy quang phổ ? Câu hỏi 2: Quang phổ liên tục gì? quang phổ liên tục nguồn phát điều kiện ? Câu hỏi 3: Nêu đặc điểm ứng dụng quang phổ liên tục ? Nội dung mới: Đặt vấn đề: Ngoài quang phổ liên tục, dùng máy quang phổ ta phát loại quang phổ khác nữa: Đó quang phổ vạch phát xạ, quang phổ vạch hấp thụ Tổ chức phơng pháp thực Nội dung học Đ46: Quang phổ vạch Quang phổ vạch phát xạ Qua thí nghiệm ta thu đợc: Quang phổ phát xạ chất khí kim loại, quang phổ bao gồm hệ thống vạch màu riêng rẽ nằm tối gọi quang phổ vạch - Nguồn phát: Quang phổ vạch phát xạ khí hay bị nung 37 nóng sáng dới áp suất thấp cho quang phổ vạch riêng, đặc trng cho nguyên tố Chúng ta có thĨ kÝch thÝch cho mét chÊt khÝ ph¸t s¸ng b»ng cách đốt nóng cách phóng tia lửa điện qua đám khí hay Thực nghiệm cho thấy quang phổ vạch Natri có hai vạch vàng sáng nằm sát cạnh nhau, (vạch kép) ứng với bớc sóng 0,5890 àm 0,5896àm Quang phổ Hiđrô có hệ thống vạch đặc trng vạch đỏ H (với =0,6563 àm), vạch lam H ( = 0,4861 àm), Vạch chàm H ( = 0,4340 àm), vạch tím H ( = 0,4102 àm) Quang phổ vạch nguyên tố khác có tính chất ? Thực nghiệm cho thấy nguyên tố khác quang phổ vạch khác Câu hỏi: Có nhận xét quang phổ vạch nguyên tố khác ? Quang phổ vạch phát xạ nguyên tố khác khác số lợng vạch quang phổ, vị trí vạch, màu sắc vạch độ 38 sáng tỷ đối vạch Nh vậy, nguyên tố hóa học trạng thái khí hay nóng sáng dới áp suất thấp cho quang phổ vạch riêng, đặc trng cho nguyên tố Câu hỏi: Khi chiếu chùm Quang phổ vạch hấp thụ: sáng trắng đèn có dây tóc a) Quang phổ vạch hấp thụ quang nóng sáng phát vào khe phổ liên tục có xen kẽ vạch tối máy quang phổ ta thu đợc thu đợc chiếu ánh sáng trắng qua kính buồng ảnh ? chất khí hay áp suất thấp Ta thu đợc quang phổ liên nung nóng gọi quang phổ vạch hấp tục kính buồng ảnh thụ Ví dụ: Nếu đờng chùm sáng ta đặt đèn có Natri nung nóng quang phổ liên tục nói xuất vạch tối (thực vạch tối kề nhau) vị trí vạch vàng quang phổ phát xạ Natri Nếu thay Natri Kali, Hiđrô ta thu đợc tợng tơng tự Quang phổ vạch hấp thụ chất khí hay khác có tính chất ? - Mỗi nguyên tố có quang phổ vạch đặc trng riêng Trong điều kiện nh ta thu đợc quang phổ vạch hấp thụ ? b) Điều kiện để thu đợc quang Đèn Natri Vạch 39 đen Máy quang phổ phổ vạch hấp thụ nhiệt độ đám khí hay hấp thụ phải thấp nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục Hình13 Bây ta tắt nguồn sáng trắng Ta thấy biến quang phổ liên tục kính ảnh, đồng thời vạch đen quang phổ hấp thụ trở thành vạch màu quang phổ vạch phát xạ nguyên tố Đó tợng đảo sắc vạch quang phổ Câu hỏi: Vị trí vạch tối quang phổ vạch Natri, Hiđro nh ? Trong quang phổ hấp thụ Natri có vạch đen kép nằm vị trí vạch vàng (0,5890àm 0,5896àm) Natri Trong quang phổ hấp thụ Hiđriô có vạch đen vị trí vạch màu Vạch đỏ có = 0,6563 àm Vạch lam có = 0,4861 àm Vạch chàm = 0,4340 àm 40 Vạch tím = 0,4102 àm Các nguyên tố khác xảy tơng tự Mối quan hệ khả phát xạ khả hấp thụ đám ®iỊu kiƯn nhiƯt ®é cã tÝnh chÊt nh thÕ nµo ? nhiệt độ định, đám có khả phát ánh sáng đơn sắc có khả hấp thụ ánh sáng đơn sắc Quang phổ vạch hấp thụ nguyên tố khác có tính chất ? - Các nguyên tố khác quang phổ vạch hấp thụ có tính chất đặc trng riêng cho nguyên tố đó: c) Quang phổ vạch hấp thụ nguyên tố có tính đặc trng riêng cho nguyên tố Câu hỏi: Vậy quang phổ vạch hấp thụ có ứng dơng nh thÕ nµo viƯc nhËn biÕt sù cã mặt nguyên tố Vì vào quang phổ vạch hấp thụ để nhận biết có mặt nguyên tố hỗn hợp hay hợp chất Đó nội dung phép ph©n tÝch quang phỉ PhÐp ph©n tÝch quang phỉ tiện lợi phép phân tích quang phổ 41 Phép phân tích thành phần cấu tạo chất dựa vào việc nghiên cứu quang phổ gọi phép phân tích quang phổ Các em ý đến tiện lợi phép phân tích quang phổ Phép phân tích quang phổ định tính đơn giản cho kết nhanh phép phân tích hoá học Phép phân tích định lợng nhạy Câu hỏi: ứng dơng cđa phÐp ph©n tÝch quang phỉ kü tht nh ? Nhờ phép phân tích quang phổ mà ngời ta biết đựơc thành phần cấu tạo nhiệt độ vật xa nh mặt trời v.v III Củng cố bài: Quang phổ vạch phát xạ ? Quang phổ vạch hấp thụ ? IV Bài tập vỊ nhµ: Bµi tËp 1; bµi tËp 2; bµi tËp 3; bµi tËp (trang179 SGK VËt lý líp 12) Bài học 3: III.2 Phơng pháp giải tập ứng dụng: Quang phổ vạch nguyên tử Hiđrôgen III.2.1 Một số kiến thức cần thiết cần đợc vận dụng giải tập ứng dụng Mẫu nguyên tử Bohr- quang tử Hiđrôgen 1) Quỹ đạo dừng: 42 Electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo tròn (gọi quỹ đạo dừng) có bán kính: rn = n2r0 h2 ≈ 0,53.10 −10 m 4πkme Víi r0 = Trong ®ã: k = 9.109 ; h = 6,625.10-34 js; m = 9,1.10-31 kg; e = 1,6.10-19 C; n = 1, 2, 2) Năng lợng ứng với trạng th¸i dõng thø n: En = − E0 n ( n = 0, 1, 2, ) E0 = ®ã: k me kme = 2π h h2 2( ) 4π = 13,6eV ( E : lợng ion hóa) 1ev =1,6.10-19 J E1 = − E0 12 = -13,6 eV ( E1 ứng với trạng thái n =1) Khi n En trạng thái ứng với electron cách xa hạt nhân vô Phổ nguyên tử Hiđrôgen: Khi có chuyển dời từ mức lợng cao E n xuống mức lợng thấp Em (electro chuyển từ quỹ đạo bán kính r n quỹ đạo bán kính rm) nguyên tử phát photon cã bíc sãng tho¶ m·n hƯ thøc hc 1 = En − Em = E0 ( − ) λ n m E 1 = RH ( − ) R H = = 1,09776.10 hc n m Víi Hay λ m-1 (H»ng sè RÝtbe) øng víi mét gi¸ trị định n ta có dÃy vạch quang phổ Chẳng hạn với: n=1 (m =2, 3, 4, ) D·y Lyman n =2 ( m =3, 4, 5, ) D·y Balmer 43 n = (m =4, 5, 6, ) DÃy Paschen 3.2.2 Phơng pháp giải tập: Bài tập 1: Biết bớc sóng vạch dÃy Balmer vạch đỏ H ( = 0,6563 àm), vạch lam H ( = 0,4861 àm), vạch chàm H ( = 0,4340 àm), vạch tím H ( = 0,4102 µm) H·y tÝnh bíc sãng cđa v¹ch d·y Paschen vùng hồng ngoại I Phơng pháp giải: Bài toán đà cho: =0,6563 àm, = 0,4861 àm, = 0,4340 àm, =0,4102 àm Tìm bớc sóng vạch dÃy Paschen 1) Phơng pháp: Xuất phát từ công thức: hf = hc = En Em , đà biết vạch dÃy Balmer đợc phát electron chuyển từ quỹ đạo có mức lợng cao Ep, EO, EN, EM quỹ đạo có mức lợng thÊp EL P O N λδ=0,4102µm λγ=0,4340µm λ1=1,0936µm λ2=1,2813µm λβ=0,4861µm M 3=1,8744àm =0,6563àm L Hình 14: H H H H Hβ Hα D·y Balmer ph¸t electron chun tõ quỹ đạo có mức EM DÃy Paschen Vạch H đợc quỹ đạo có mức lợng EL hf α = hc = EM − EL λα (1) V¹ch Hβ øng víi sù chun tõ møc N →L 44 ... Chơng I: Khái niệm quang phổ Nội dung chơng nhằm trình bày số kiến thức khái niệm quang phổ, máy quang phổ loại quang phổ I) Quang phổ tán sắc- quang phổ nhiễu xạ Khái niệm quang phổ: Quang phổ dải... đề giảng dạy khái niệm quang phổ để thiết kế số học việc giảng dạy khái niệm chơng trình Vật lý lớp 12 THPT Đây thiết kế dựa sở lý luận phơng pháp giảng dạy khái niệm vật lý nói chung, khái niệm. ..- Nghiên cứu lý luận dạy học, phơng pháp giảng dạy khái niệm vật lý - Nghiên cứu tình hình học tập giảng dạy khái niệm quang phổ trờng THPT Đào Duy Từ- Thành Phố Thanh Hoá Giả thuyết khoa học: